本發(fā)明屬于橋梁工程領(lǐng)域，特別涉及一種蝴蝶式斜拉橋體系。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)公路和鐵路建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，大跨度橋梁的建造發(fā)展迅猛，而斜拉橋以其獨(dú)特的造型及優(yōu)越的跨越能力在我國(guó)得到了迅速推廣。目前所修建的斜拉橋由于通航等需求使得主跨跨徑較大，因此與邊跨相比剛度較小。在主跨作用車(chē)輛等活載時(shí)，主梁向下?lián)锨?，?dǎo)致主跨斜拉索索力增加，塔柱有向主跨彎曲的趨勢(shì)，導(dǎo)致塔頂變位增大，塔底彎矩明顯增加，因此橋塔的設(shè)計(jì)中所用材料耗費(fèi)量大，經(jīng)濟(jì)性不高。設(shè)計(jì)人員往往通過(guò)設(shè)置端錨索來(lái)減少橋塔變位、主跨撓度，因此此種情況下端錨索的設(shè)計(jì)剛度與跨內(nèi)其他斜拉索相比大很多，從而端錨索中索力增幅明顯，在活載的循環(huán)往復(fù)下，端錨索應(yīng)力幅較大，易產(chǎn)生疲勞問(wèn)題。同時(shí)，由于主梁向下?lián)锨鷮?dǎo)致拉索索力增加，此時(shí)拉索在橋面上的水平分力給橋面系造成的縱向壓力也越大。斜拉索承受的的巨大拉力以及橋面系承受的巨大壓屈力問(wèn)題，再加上材料自身固有特性的局限、環(huán)境因素的影響，要實(shí)現(xiàn)斜拉橋更為大跨徑的跨越難度較大。除此之外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展水平的不斷提高，人們更加重視橋梁建筑的藝術(shù)造型，重視橋梁的景觀設(shè)計(jì)，橋梁建筑的美學(xué)因素將對(duì)斜拉橋的建設(shè)產(chǎn)生愈來(lái)愈重要的影響。

因此需要對(duì)現(xiàn)行的斜拉橋體系進(jìn)行改進(jìn)以提高斜拉橋主跨的剛度從而減小主梁的下?lián)?，同時(shí)盡可能減小主梁所受的壓力和斜拉索索力，亦使橋梁結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特優(yōu)美的外形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種蝴蝶式斜拉橋體系，通過(guò)在主跨設(shè)置一種不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱，提高斜拉橋的整體剛度，減小主梁下?lián)献冃魏退軌毫σ约靶崩魉髁?，同時(shí)不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱獨(dú)特優(yōu)美的造型使得該體系具有較高的美感。

本發(fā)明提出的一種蝴蝶式斜拉橋體系，包括橋塔1、邊墩2、主梁3、不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4、斜拉索5和斜吊桿6，拉索5及斜吊桿6沿縱向分布于主梁3的主跨上，斜拉索5及斜吊桿6對(duì)主梁3起到彈性支承的作用，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4對(duì)稱(chēng)分布于主跨的主梁3上，其中：在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4區(qū)域內(nèi)，斜拉索5一端與橋塔1一側(cè)相連，另一端錨固在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋上；同時(shí)在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4拱肋上的該錨固點(diǎn)設(shè)置與斜拉索5位于同一直線(xiàn)上的拱內(nèi)斜吊桿6，所述斜吊桿6一端與該錨固點(diǎn)連接，另一端與主梁3相連接，將主梁3所受的荷載傳遞給不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4拱肋上。同時(shí)在設(shè)計(jì)中，使斜吊桿6的拉力大于斜拉索5的索力，以使不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4受壓，此時(shí)荷載由斜拉索、不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱和主梁共同承擔(dān)；在斜吊桿6作用下不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4承擔(dān)斜向荷載，但仍可以基于不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的自重以及受到的斜向荷載推導(dǎo)出合適的不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱４的拱軸線(xiàn)，使不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4只受壓力而不受彎矩的作用（合理拱軸線(xiàn)）。

本發(fā)明中，斜吊桿6以及斜拉索5所用的材料、具體的尺寸、不同的調(diào)整斜吊桿6拉力以及拉索5索力的方式可根據(jù)實(shí)際情況變化。

本發(fā)明中，基于不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的自重以及受到的斜向荷載推導(dǎo)合適的不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱４的拱軸線(xiàn)使不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱４的拱肋只受壓力而不受彎矩的作用，斜吊桿6的角度、不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的跨徑及矢跨比、拱4面外的傾斜角度可根據(jù)實(shí)際情況變化。

本發(fā)明中，橋塔1為獨(dú)塔或多塔形式，橋塔1為全漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固接體系或剛構(gòu)體系等中任一種，可根據(jù)實(shí)際情況變化。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱對(duì)其區(qū)域內(nèi)的斜拉索具有加勁作用，此時(shí)主梁、拱、拱內(nèi)斜吊桿共同形成空間框架結(jié)構(gòu)，提高了主跨的整體剛度，因此，當(dāng)有車(chē)輛荷載作用在主跨時(shí)，此時(shí)荷載由斜拉索和拱—梁體系共同承擔(dān)，每部分承擔(dān)的荷載按照實(shí)際工程中所設(shè)的拱—梁體系與斜拉索的剛度大小進(jìn)行分配，剛度較大的一方承受更大的車(chē)輛荷載。斜拉索將荷載傳遞給橋塔，而拱—梁體系則將荷載傳遞給邊墩和下部基礎(chǔ)。而且由于剛度的提高，主梁向下?lián)锨冃螠p小，因此斜拉索變形減小，從而斜拉索索力減小，有利于減小拉索的受力。同時(shí)斜拉索傳遞給橋塔的拉力減小，因此，橋塔塔底剪力、彎矩隨之減小，橋塔的設(shè)計(jì)可以更為輕柔，可減少材料用量，提高經(jīng)濟(jì)性。

2、不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱與主梁組合后形成類(lèi)似系桿拱的受力體系，即此時(shí)主梁承擔(dān)由拱傳給下部結(jié)構(gòu)的拉力，該拉力剛好能抵消部分斜拉索在橋面上的水平壓力，減小了主梁的受力，能較好地解決主梁因受過(guò)大壓力而發(fā)生失穩(wěn)等破壞的問(wèn)題。此外，斜吊桿的存在為主梁提供了多點(diǎn)的彈性支承，減小了主梁的彎矩，由于受力較小，可以使主梁截面的設(shè)計(jì)尺寸減小，降低主梁的自重，減小了主梁的耗材量，增強(qiáng)了斜拉橋的跨越能力。

3、同時(shí)，設(shè)置的不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱的主要目的是對(duì)斜拉索起到加勁的作用，并和斜拉索共同分擔(dān)主梁承受的荷載，拱肋所受的壓力值是錨固在拱肋兩側(cè)拉索索力相減之后得到的數(shù)值，因此拱肋受力較小。此外，基于不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱的自重以及受到的斜向荷載能推導(dǎo)出不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱的合理拱軸線(xiàn)，使不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱只受壓力而不受彎矩的作用（合理拱軸線(xiàn)），因此拱截面也可以做的較小，設(shè)計(jì)上更為輕柔，拱的自重由橋梁邊墩承擔(dān)，不會(huì)給橋塔帶來(lái)附加的的荷載，也增加結(jié)構(gòu)體系的視覺(jué)美觀性。

4、該體系下，由于橋梁整體的空間剛度得到了提高，因此也提高了抗風(fēng)剛度，增強(qiáng)了抗風(fēng)穩(wěn)定性，抗風(fēng)性能得到改善，隨著橋梁跨徑的逐漸增大，這一優(yōu)勢(shì)就會(huì)更加突顯出來(lái)。

5、據(jù)前文所述，在斜向荷載作用下，拱的合理拱軸線(xiàn)具有不對(duì)稱(chēng)的線(xiàn)形，可以利用這一特點(diǎn)建造具有特殊美學(xué)造型效果的不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱橋。與常規(guī)斜拉橋相比，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱橋的流暢線(xiàn)形為單調(diào)排列的靜態(tài)拉索增添了動(dòng)態(tài)美，體現(xiàn)動(dòng)靜結(jié)合的美學(xué)效果，具有一定的靈動(dòng)性，給人以起伏跳躍的美感，能有效減少司機(jī)和行人行進(jìn)中的疲勞困乏感。同時(shí)不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)也更具創(chuàng)意，避免了千篇一律的斜拉橋造型，能實(shí)現(xiàn)較好的景觀美學(xué)效果。

綜上所述，本發(fā)明能提高斜拉橋的整體剛度，減小主梁下?lián)献冃魏屠魉髁?，同時(shí)不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱獨(dú)特優(yōu)美的造型使得該協(xié)作體系能實(shí)現(xiàn)較好的景觀美學(xué)效果。

附圖說(shuō)明

附圖為本發(fā)明的實(shí)施例，其中：

圖1一種蝴蝶式斜拉橋體系立面圖；

圖2一種蝴蝶式斜拉橋體系三維視圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1橋塔，2邊墩，3主梁，4不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱，5斜拉索，6斜吊桿。

具體實(shí)施方式

為了使專(zhuān)利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人將在下面以實(shí)施例的方式結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上的而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。

實(shí)施例１：以一座獨(dú)塔斜拉橋?yàn)閷?shí)施例，圖1為本發(fā)明橋梁主體結(jié)構(gòu)示意圖（立面圖），該協(xié)作體系包括橋塔1，邊墩2，主梁3，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4，斜拉索5和斜吊桿6。

沿縱向分布的斜拉索5及斜吊桿6對(duì)主梁3起到彈性支承的作用。在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4區(qū)域外，斜拉索5兩端分別錨固于橋塔1和主梁3上；而在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4區(qū)域內(nèi)，斜吊桿6斜向錨固在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋上，斜吊桿6和斜拉索5在不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋上錨固于同一點(diǎn)，且位于同一條直線(xiàn)上，斜吊桿6另一端錨固在主梁3上。邊墩2支承在所述主梁3的兩端。各斜吊桿6的拉力、截面尺寸、布置間距、傾斜角度及所用材料可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，所述索塔1、邊墩2、主梁3，拱肋4、斜拉索5的材料、線(xiàn)形以及截面尺寸可按設(shè)計(jì)要求擇優(yōu)選用，斜拉索5的索力以及斜吊桿6的拉力可按設(shè)計(jì)以及實(shí)際需要擇優(yōu)確定，但必須保證在張拉斜吊桿6和斜拉索5的施工過(guò)程中，斜吊桿6的拉力大于斜拉索5的索力以使不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋受壓。不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的合理拱軸線(xiàn)根據(jù)不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的自重以及斜吊桿6傳給不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋的壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使得拱受軸向壓力的作用而不受彎矩的作用。

具體施工過(guò)程中，首先修建橋塔1，在未設(shè)置不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4區(qū)域內(nèi)，通過(guò)懸臂澆筑施工主梁3，各段安裝斜拉索5并張拉；而在設(shè)置了不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4區(qū)域內(nèi)，利用斜拉橋體系修建的橋塔1，通過(guò)其上的斜拉索5拉住不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱圈節(jié)段逐節(jié)懸臂架設(shè)，之后，澆筑施工主梁3，安裝并張拉斜吊桿6。

從圖中可以看到，主梁3與不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4、斜吊桿6形成空間框架結(jié)構(gòu)，提高了主跨的空間剛度，有利于抵抗風(fēng)荷載的作用。同時(shí)，在設(shè)有不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)有車(chē)輛荷載作用在主跨時(shí)，荷載由斜拉索5和拱—梁體系共同承擔(dān)，每部分承擔(dān)的荷載按照實(shí)際工程中所設(shè)的拱—梁體系與斜拉索5的剛度大小進(jìn)行分配，剛度較大的一方承受更大的車(chē)輛荷載。斜拉索5將荷載傳遞給橋塔1，而拱—梁體系則將荷載傳遞給邊墩2和下部基礎(chǔ)。而且由于剛度的提高，主梁3向下?lián)锨冃螠p小，因此斜拉索5變形減小，從而斜拉索索力5減小，有利于斜拉索5的受力。此時(shí)斜拉索5傳遞給橋塔1的力減小，橋塔1的設(shè)計(jì)可以更為纖細(xì)，能減少材料用量，提高經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4與主梁3組合后形成類(lèi)似系桿拱的受力體系，此時(shí)主梁3受到來(lái)自拱4的拉力，該拉力剛好能抵消部分斜拉索5在橋面上產(chǎn)生的水平壓力，減小了主梁3所受的壓力，能較好地解決主梁3因受過(guò)大壓力而發(fā)生失穩(wěn)等破壞的問(wèn)題。同時(shí)，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4主要對(duì)斜拉索5起加勁作用，和斜拉索5共同分擔(dān)主梁3承受的荷載，不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)拱4的拱肋所受的壓力值是錨固在拱肋兩側(cè)斜拉索5索力相減之后的數(shù)值，因此拱受力較小。除此之外，曲線(xiàn)拱4獨(dú)特的不對(duì)稱(chēng)曲線(xiàn)設(shè)計(jì)也將給通行者和游覽者帶來(lái)美的享受，避免了千篇一律的斜拉橋造型，具有新意。